Методические указания ОИФ

11

Из формулы (I.4) при известном R0 рабочего слоя можно определить требуемое значение площади подошвы фундамента А, при которой будет иметь место равенство: pII=R0. В этом случае предлагаемое ориентировочное значение требуемой площади подошвы будет минимальным и, следовательно, конструкция фундамента окажется наиболее экономичной.

Площадь подошвы ленточного фундамента А=b·1пог.м, так как нагрузка на него собирается с 1 погонного метра длины стены. Поэтому ширина ленточного фундамента b численно равна площади А. У отдельного квадратного

фундамента А=b2, откуда b = A . С учетом этого, для предварительного определения необходимой (требуемой) ширины b ленточного фундамента, используется формула (I.5), отдельного – формула (I.5`):

Требуемая ширина b подошвы фундамента не должна превышать стандартной ширины по [17] («Каталог конструктивных элементов фундаментов гражданских и административных зданий»): для ленточных фундаментов максимальная ширина b=3,2 м, для отдельных квадратных b=2,1 м.

Следует отметить, что требуемую опорную площадь для отдельных фундаментов можно увеличить против максимальной стандартной 2,1×2,1 м на 30…60%. Для этого вместо одноблочных фундаментов используются составные

– из опорной плиты и монтируемого на её поверхности подколонника (см. рис. III.1. А.в. Примеры 6, 7, рис. 6.2 и 7.2).

Если требуемые размеры фундамента окажутся больше максимальных стандартных или несколько увеличенных вышеуказанным способом для отдельных фундаментов, то слой грунта с расчетным сопротивлением R0, которое использовалось при вычислении ширины b в формулах (I.5) или (I.5`) следует признать непригодным в естественном состоянии для опирания на него данного здания через типовые сборные фундаменты мелкого заложения. Также непригодными будут слабые грунты с ненормируемым R0 – рыхлые пески, глинистые грунты текучей консистенции, торфы, заторфованные, неслежавшиеся насыпные грунты. В этом случае при оценке инженерногеологических условий основания для возведения на нем фундамента мелкого заложения следует указать на необходимость искусственного улучшения основания различными пригодными для данных условий методами ([1], глава 12) или замены верхней части, либо всей толщи слабого грунта, например, путем устройства песчаной подушки (Пример 9).

Необходимо еще раз отметить, что расчет требуемых размеров площади подошвы по формулам I.5 и I.5' является приближенным. Он является приближенным еще и потому, что требуемая площадь подошвы для сооружений I и II уровней ответственности должны подбираться по условию pII=R (см. сноску на предыдущей стр.), но формулы I.5 и I.5' получены исходя из условия pII=R0, хотя разница между табличным значением R0 и значением R , вычисленным по формуле (7) [6] может быть существенной. Поэтому достаточно

12

уверенно можно считать рассматриваемый слой рабочим слоем в том случае, когда требуемая площадь окажется меньше стандартной. Окончательное суждение о пригодности грунтового слоя для опирания на него данного здания через типовые сборные фундаменты каталога [17] делается в дальнейшем методом последовательных приближений с использованием расчетного сопротивления R (см. примеры 3…7).

Когда слой, расположенный на предполагаемой глубине заложения фундамента можно использовать в качестве рабочего, необходимо обратить внимание на величину расчетного сопротивления грунта подстилающего слоя. Если табличное расчетное сопротивление R0 слоя, залегающего непосредственно под рабочим слоем, будет меньше, чем у грунта рабочего слоя (рис. I.1), то такой слой называют слабым подстилающим слоем. В этом случае потребуется проверка допустимости передающегося на него суммарного давления от вышележащего грунта и от сооружения. Чем больше будет расстояние от подошвы фундамента до кровли слабого подстилающего слоя, тем больше вероятность того, что условие проверки удовлетворится (Пример 8).

Для варианта свайного фундамента необходимо констатировать наличие в разрезе, на приемлемой для устройства свайного фундамента глубине, слоев грунта, пригодных для обеспечения достаточной несущей способности свай за счет сопротивления грунта по ее боковой поверхности и под нижним концом.

Изложенное выше дает представление о том, на что необходимо обратить внимание при оценке инженерно-геологических условий основания фундаментов одного и другого вариантов*). Оценка должна быть краткой и конкретной. В ней нужно указать:

− есть ли на предлагаемой глубине заложения фундаментов слой грунта, который можно в естественном состоянии использовать в качестве рабочего слоя, пригодного для опирания фундаментов мелкого заложения данного сооружения или такого слоя нет, но есть слабый

грунт с ненормируемым расчетным сопротивлением R0, который подлежит искусственному улучшению или замене песчаной подушкой;

−залегают ли под рабочим слоем слабые подстилающие грунты и возможно ли заложить подошву фундамента мелкого заложения на такой отметке, чтобы расстояние от нее до кровли слабого подстилающего слоя (минимум 0,7…1,0 м) могло удовлетворить проверку допустимости давления на слабый слой;

−имеются ли на площадке застройки на необходимой глубине грунты, пригодные для обеспечения высокой несущей способности свай.

Для обоих вариантов важно знать гидрогеологию площадки:

на какой отметке залегают грунтовые воды, возможно ли подтопление подвального помещения, какой тип гидроизоляции (безнапорная, напорная) потребуется для защиты от них подземной части здания, какой тип водоотлива (глубинный или поверхностный) следует использовать для осушения

*) Здесь рассматривается только вариант ленточных или отдельных фундаментов мелкого заложения. Поэтому не упоминается о возможности использования сплошной плиты. Свайный фундамент проектируется в курсовом проекте как альтернативный вариант фундамента мелкого заложения

13

котлована на время выполнения работ нулевого цикла.

Пример 2. Определение классификационных признаков грунтов площадки строительства и их расчетных сопротивлений R0

Исходные данные На основе исходных данных анализа получаем (пример записи в пояснительной записке к проекту)

2й слой (проба отобрана из скв. №1 с глубины 3,5 м)

Вид – глинистый грунт, так как из таблицы видно, что Ip=wL-wp>1% Разновидности:

− по числу пластичности Ip=wL-wp=48–30,5=17,5 - глина (Приложение, табл. 5);

Для определения R0 необходимо знать также коэффициент пористости e: e = ρρs (1+W )−1 = 1927,,23 (1+ 0,337)−1 = 0,9 0

Расчетное сопротивление R0 находим для значения e = 0,9 путем интерполяции сначала по коэффициенту пористости e между e=0,8 и e=1,1 при IL = 0 и при IL = 1, затем интерполяция производится по показателю текучести IL между IL=0 и IL=1 для значения IL = 0,183 при e = 0,9. Исходные данные для интерполяции целесообразно выписать из таблицы значений расчетных сопротивлений R0 при IL=0 и IL=1 и e=0,8 - 300 и 200 соответственно и при e=1,1 - 250 и 100 (Приложение, табл. 7) и расположить как показано на рис. 2.1.

15

Расчетное сопротивление песка средней крупности и средней плотности, независимо от степени водонасыщения R0 = 400 кПа (Приложение, табл.4).

II.Привязка сооружения к инженерно-геологическому разрезу

Цель привязки – обеспечить опирание фундаментов мелкого заложения на слой грунта, расположенный неглубоко от поверхности (≈1,5…3,5 м), имеющий достаточно высокое расчетное сопротивление (R0 не менее 150 кПа), не являющийся сильно сжимаемым (Е0 >10000 кПа), который может использоваться

вкачестве рабочего слоя для опирания данного здания.

Вкурсовом проекте предоставляется свобода действий в отношении привязки сооружения к инженерно-геологическому разрезу, как по высоте, так и

вплане. Очевидно, что свободная привязка требует также свободы в назначении планировочной отметки, изменение которой можно осуществить за счет подсыпки грунтом, вынутым при вскрытии котлована, или за счет срезки. Поэтому оба эти вопроса должны решаться в увязке друг с другом. Свободная привязка может позволить в некоторых случаях получить более экономичную конструкцию фундамента и более рационально решить весь объем работ по нулевому циклу.

Вреальных условиях стесненной городской застройки привязка намечаемого к строительству сооружения производится главным образом исходя из наиболее рационального в градостроительном и архитектурном отношениях размещения его на генеральном плане застройки. Поэтому оно может оказаться на площадке с недостаточно благоприятными инженерно-геологическими условиями. В этом случае надежное опирание достигается либо за счет изменения глубины заложения фундаментов всего здания или его части с целью опирания на более прочный грунт, либо путем перехода на сплошной (плитный) фундамент, либо отказом от фундаментов мелкого заложения и использования свайных.

Высотная привязка требует знания глубины заложения фундамента d. На данном этапе работы можно использовать ее предварительную величину, которая, определится по имеющимся в задании относительным отметкам планировки и пола подвала. При этом нужно также учесть заглубление подошвы ленточных фундаментов от отметки поверхности пола подвала минимум на 0,7…0,9 м, отдельных – примерно на 0,5…1 м (в зависимости от разрабатываемой конструкции), глубже ленточных. На следующем этапе

проектирования глубина заложения и высотная привязка уточняются и относительные отметки дублируются абсолютными.

Особенности залегания пластов грунта диктуют разные варианты привязки здания с фундаментами мелкого заложения.

Вариант первый. Фундаменты по всей площади здания опираются на один слой. Это наиболее желательная ситуация (рис. I.1). Если под рабочим слоем залегают слабые подстилающие слои, нужно для подошвы фундамента назначить такую отметку, чтобы расстояние от нее до кровли слабого подстилающего слоя составляло не менее 0,7…1,0 м. Она уточняется в

16

дальнейшем по результатам выполнения условия проверки допустимости давления, передающегося на слабый подстилающий слой (Пример8).

Вариант второй. Залегание слоев наклонное. Рабочий и подстилающий слои имеют близкие характеристики строительных свойств (расчетные сопротивления R0, модули деформации Е, коэффициенты фильтрации kф). Опирание фундамента в этом случае возможно на части площади здания на рабочий слой, на остальной части – на подстилающий слой (рис. II.1).

Вариант третий. Залегание слоев наклонное. Под рабочим имеется слабый подстилающий слой. Длина здания не позволяет разместить фундаменты на рабочем слое так, чтобы между подошвой фундамента и кровлей слабого подстилающего слоя обеспечивалось расстояние необходимое для удовлетворения проверки давления на слабый слой. Опереть фундамент одной части здания на рабочий слой, другой на слабый подстилающий слой нельзя. Это приведет к недопустимой неравномерности осадок. Но, так как залегание рабочего слоя наклонное, то закладывать фундамент на нем можно уступами на разную глубину от горизонтальной планировочной отметки DL*), увеличивающуюся по направлению падения пласта, то есть делать ступенчатое опирание фундаментов (рис. II.2). При этом необходимо соблюдать примерно одинаковое расстояние от подошвы фундаментов до более слабого подстилающего слоя с тем, чтобы в последующих расчетах могла удовлетвориться проверка допустимости давления, передающегося на слабый слой. Высота уступов между ступенями фундамента обычно принимается равной высоте стенового блока – 0,6 м.

При относительно небольшом наклоне слоев грунта расстояние между уступами ленточных и краями отдельных фундаментов будет достаточно большим, что не представляет опасности. Но если по инженерно-геологическим условиям или конструктивным особенностям здания это расстояние окажется небольшим, то необходимо проверить устойчивость грунта под вышележащими ступенями ленточного фундамента или отдельными фундаментами, заложенными на разной глубине по формуле:

где h – высота уступа; а – длина ступени (расстояние между соседними уступами ленточных или краями отдельных фундаментов); р – среднее давление под верхним фундаментом; φ – расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град.; с – удельное сцепление, кПа. Поэтому, производя привязку, следует учитывать влияние h и а на выполнение условия II.1. Такую проверку необходимо делать также в случае, когда наружные стены здания опираются на ленточные фундаменты, а внутренние - на ряд колонн, фундаменты которых обычно заглублены ниже ленточных.

В случае необходимости искусственного улучшения основания для опирания фундамента мелкого заложения, привязка должна быть произведена

*) Планировочная отметка может быть и наклонной (DL' на рис. II.2), если разницу в глубине заложения фундаментов нужно снизить.

17

так, чтобы при минимальной толщине “висячей” закрепляемой зоны или песчаной подушки обеспечивалась проверка допустимости давления на слабый подстилающий слой (пример 9).

Для варианта свайного фундамента привязка позволяет определить расстояние от подошвы ростверка до прочного слоя грунта, пригодного для погружения в него нижних концов свай и назначить ориентировочную длину свай.

Без привязки нельзя определить расстояние от фундаментной конструкции до уровня подземных вод и решить вопрос о том, какая конкретно защита от них необходима в процессе строительства и эксплуатации здания.

III. Проектирование сборных фундаментов мелкого заложения, возводимых в открытых котлованах

После изучения и обработки исходных данных об инженерногеологических условиях площадки строительства, о конструкции сооружения, нагрузках и после привязки его на стройгенплане и предварительной привязке на инженерно-геологическом разрезе*), выполняется непосредственное проектирование фундаментов.

Особенности инженерно-геологических условий основания, подробно описанные в п.I.2 (естественное основание без слабого слоя в пределах сжимаемой толщи, то же при наличии одного или нескольких слабых слоев, искусственно улучшенное основание), вносят соответствующие коррективы в состав и последовательность выполнения проекта. Это показано в примерах 3…7, 8 и 9. Но во всех трех упомянутых случаях проектирование фундамента мелкого заложения начинается с определения его основных размеров – глубины заложения d и площади подошвы А.

III.1. Определение глубины заложения фундамента

По экономическим соображениям глубина заложения фундамента d должна быть минимально возможной. Она определяется с учетом ряда факторов ([6], п. 2.25), из которых в курсовом проекте рассматриваются:

-конструктивные особенности сооружения (наличие подвала или иных подземных помещений);

-инженерно-геологические условия основания; -гидрогеологические условия (положение уровня подземных вод); -климатические условия (глубина промерзания).

В зависимости от этих факторов глубина заложения d может получаться разной. Принимается наибольшая из полученных минимально возможных ее значений.

Во–первых, глубина заложения определяется из конструктивных особенностей здания, а также самого фундамента и глубины промерзания грунтов.

а). Глубина заложения фундамента d, исходя из конструктивных особенностей, определяется по имеющимся в задании на проектирование

*) Привязка по высоте должна уточняться в ходе проектирования.

18

данным об относительных отметках пола первого этажа (±0,00), пола подвала, поверхности планировки. К этому добавляются данные о толщине пола подвала hcf (обычно 0,2…0,15 м) и заглублении подошвы фундамента от низа пола подвала hs, которое для ленточного и отдельного фундаментов будет разным.

Фундаментная плита ленточного сборного фундамента ФЛ ([17], п. 3, табл. 3.1) имеет высоту h, которая при ширине плиты b<2 м равна 0,3 м, а при b≥2 м – 0,5 м. Поэтому минимальное заглубление подошвы ленточного фундамента от низа пола подвала hs = h составляет 0,3 или 0,5 м (рис. III.1.Б(г)).

Под колонну сечением 0,4×0,4 м в проекте следует использовать отдельные одноблочые сборные фундаменты стаканного типа 2Ф ([17], п. 2, табл. 2.1), представляющие собой единый блок, включающий фундаментную плиту и подколонник со стаканом внутри него (рис. III. 1. А (а,б)). Он имеет высоту 0,9 м. При необходимости увеличения площади отдельного фундамента сверх ее максимального стандартного размера 2,1x2,1 м, возможно использование составного фундамента. Он делается из монолитной железобетонной плиты требуемой площади и подколонника, который для колонны сечением 0,4x0,4м имеет размеры в плане 1,2x1,2 м и высоту 0,9 м (рис. III.1. А(в)). В качестве подколонника можно использовать одноблочный фундамент стаканного типа минимального размера марки 2Ф12.9 или больших размеров, что позволит уменьшить толщину плиты за счет уменьшения изгибающих моментов в ее консольных частях. Высота h такого составного фундамента в зависимости от толщины плиты может достигать от 1,2 до приблизительно 1,5 м, т.е. значительно больше чем у ленточного. Возможно также изготовление на заводе ЖБИ фундамента стаканного типа необходимых размеров по индивидуальному заказу.

Значения hs окончательно принимаются в зависимости от глубины

расположения кровли прочного грунта или глубины промерзания и после определения ширины b и соответствующей ей высоты плиты h ленточного фундамента и площади подошвы А и толщины плиты отдельного составного.

19

Рис.III.1. Возможные варианты заглубления подошвы фундамента от низа поло подвала.

А) Отдельные фундаменты. Б) Ленточные фундаменты.

DL – планировочная отметка; FL – отметка подошвы фундамента; hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента (до низа пола подвала); hs - толщина пола подвала; d1 - приведенная глубина заложения фундамента со стороны подвала; db – расстояние от планировочной отметки DL до пола подвала; hп – разность отметок пола 1-ого этажа (+0.000) и пола подвала; h – высота; плиты ленточного фундамента (Б); 7 – отдельного одноблочного стаканного типа; отдельного составного (опорная плита 8 с подколонником 9) (А); hпл – высота (толщина) опорной плиты отдельного составного фундамента.

1 – надподвальное перекрытие (пол первого этажа); 2 – пол подвала; 3 – стена подвала (стеновая часть ленточного фундамента);4 – колонна; 5 – ограждающая панель, образующая стену повала в каркасном здании; 6 – опорная лита ленточного фундамента; 7 – отдельный одноблочный фундамент; 8 – опорная плита в отдельном составном фундаменте; 9 – подколонник в отдельном составном фундаменте.

20

Приведенные рассуждения по определению глубины заложения фундамента d исходя из конструктивных особенностей здания и конструкции опорных элементов фундаментов можно выразить в виде:

d = hn −hц + hcf + hs ,

где, кроме обозначенных выше hcf и hs ,

hn - разность отметок пола первого этажа (±0.00) и пола подвала(высота

подвала);

hц - высота цоколя – разность отметок ±0.00 и поверхности планировки DL.

Рекомендуется в пояснительной записке сделать схематический рисунок фундамента с обозначением всех отметок (см. рис. 3.1). Он необходим и в дальнейшем для возможной корректировки глубины заложения и при разработке конструкции фундамента.

б). Глубина заложения фундамента в зависимости от глубины промерзания

назначается в соответствии с п.п. 2.26…2.33 [6]. В глинистых грунтах, мелких и пылеватых песках подошва фундамента должна закладываться ниже расчетной глубины сезонного промерзания в данном климатическом районе. Это позволяет исключить возможные неравномерные деформации сооружений, которые могут возникнуть в результате замерзания и морозного пучения этих грунтов под подошвой фундамента и после их оттаивания, так как оба этих процесса идут неравномерно по периметру здания. Величина пучения зависит не только от температуры, вида и разновидности этих грунтов, но и расстояния от уровня подземных вод до глубины промерзания ([6], табл. 2; [1, 2], табл. 10.1; [3], табл. 5.2; [4], табл. 3.1. Приложение, табл. 10).

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м определяется по

где d fn - нормативная глубина промерзания;

kh - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания. Для домов с

где Mt - безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных

значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном климатическом районе, принимаемый по СНиП по строительной климатологии и геофизике;

d0 - величина, м, принимаемая для суглинков и глин – 0,23; супесей, песков

мелких и пылеватых – 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30; крупнообломочных грунтов – 0,34.